JPH10239006A - Touch signal probe - Google Patents

Touch signal probe

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Publication number
JPH10239006A
JPH10239006A JP4101797A JP4101797A JPH10239006A JP H10239006 A JPH10239006 A JP H10239006A JP 4101797 A JP4101797 A JP 4101797A JP 4101797 A JP4101797 A JP 4101797A JP H10239006 A JPH10239006 A JP H10239006A
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JP
Japan
Prior art keywords
circuit
output
contact
stylus
piezoelectric element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4101797A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sanehiro Ishikawa
修弘 石川
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP4101797A priority Critical patent/JPH10239006A/en
Publication of JPH10239006A publication Critical patent/JPH10239006A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a touch signal probe having a simple structure and no direction dependency. SOLUTION: The sum of the output signals outputted from piezoelectric elements 21 , 22 ,..., 2n fitted on the side face of a piezoelectric element support section having a regular n-polygonal cross section is obtained by the first adding circuit 31, and this sum is multiplied by 1/n by the first amplifying circuit 32 to obtain an average value. The voltage that the absolute value of the output of the first amplifying circuit 32 becomes the maximum is kept in the first peak hold circuit 36, and the differences between the output signals outputted from the piezoelectric elements 21 , 22 ,..., 2n and the output of the first amplifying circuit 32 are obtained by the first subtracting circuit 34. The voltage that the absolute value of the output of the first subtracting circuit 34 becomes the maximum is kept in the second peak hold circuit 37, and contact directions α, β and velocity V are detected by a contact state detecting circuit 38 from the voltages kept in the peak hold circuits 36, 37.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元測定機等に
よって被測定物の形状等を測定するために用いられるタ
ッチ信号プローブに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a touch signal probe used for measuring the shape and the like of an object to be measured by a coordinate measuring machine or the like.

【0002】[0002]

【背景技術】被測定物の形状、寸法等の測定を行う測定
機とし三次元測定機等が知られているが、その場合の座
標検出や位置検出を行うために、測定機には、スタイラ
スの先端部分に球状の接触部を備え、この接触部が被測
定物と接触したことを検出するタッチ信号プローブが用
いられる。タッチ信号プローブの従来例が特公昭60-486
81号(従来例1)、特開昭54-78164号(従来例2)及び
特開平8-327308号(従来例3)に示されている。
2. Description of the Related Art A three-dimensional measuring machine or the like is known as a measuring machine for measuring the shape and dimensions of an object to be measured, but a stylus is used for measuring coordinates and position in such a case. A touch signal probe is provided that has a spherical contact portion at the tip of the sensor and detects that the contact portion has come into contact with an object to be measured. Conventional example of touch signal probe is Japanese Patent Publication No. 60-486
No. 81 (conventional example 1), JP-A-54-78164 (conventional example 2) and JP-A-8-327308 (conventional example 3).

【0003】従来例1では、測定ヘッドあるいは測定プ
ローブは可動部分と固定部分とからなり、これらは互い
に着座機構を介して連結されている。可動部分は2分割
された2つの部材から構成され、これらの部材間に引張
及び圧縮に高感度に応答する測定素子(圧電素子)が設
けられている。従来例2では、スタイラスの一部に圧電
素子が組み込まれたり、スタイラスを2分割し、これら
の分割されたスタイラスの間に圧電素子が挟み込まれた
り、スタイラスの先端に設けられた接触部に圧電素子を
細工したり、さらには、接触部とスタイラスの接続部分
に圧電素子を挟み込む構造である。従来例3では、円盤
状の基板の中心にスタイラスが取り付けられ、このスタ
イラスの周囲に複数の圧電素子が放射状に配置されてい
る。スタイラスが被測定物に当接したことを検知するた
めに、各圧電素子から出力される信号の絶対値の和が検
出される。
In Conventional Example 1, a measuring head or a measuring probe comprises a movable portion and a fixed portion, which are connected to each other via a seating mechanism. The movable part is composed of two divided members, and a measuring element (piezoelectric element) that responds to tension and compression with high sensitivity is provided between these members. In Conventional Example 2, a piezoelectric element is incorporated in a part of a stylus, a stylus is divided into two parts, a piezoelectric element is sandwiched between the divided styluses, and a piezoelectric element is attached to a contact portion provided at the tip of the stylus. It is a structure in which the element is worked up, and furthermore, the piezoelectric element is interposed between the contact portion and the stylus. In Conventional Example 3, a stylus is attached to the center of a disk-shaped substrate, and a plurality of piezoelectric elements are radially arranged around the stylus. In order to detect that the stylus has contacted the object to be measured, the sum of the absolute values of the signals output from the respective piezoelectric elements is detected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来例1及び2では、
圧電素子を1個設置する場合、複数個設置する場合等、
各種の場合が開示されている。一般に、圧電素子の数が
少ない方がスタイラスの構造が単純で組み立てが容易で
あるため、コストを低くできるという利点があるもの
の、異なる方向では検出感度が異なり、即ち、方向依存
性を有することになる。
In the conventional examples 1 and 2,
When installing one piezoelectric element, when installing multiple piezoelectric elements, etc.
Various cases are disclosed. In general, the smaller the number of piezoelectric elements, the simpler the stylus structure and the easier the assembling, has the advantage that the cost can be reduced, but the detection sensitivity differs in different directions, that is, it has direction dependency. Become.

【0005】ここで、方向依存性とは、スタイラスの先
端部分の測定部と被測定物とが接触する際に、接触部の
接触箇所により測定素子の応答の異なる程度を意味する
ものである。接触部が被測定物のどこに接触したか、つ
まり、接触方位により感度が異なるので、接触方位依存
性があっても、接触部のどこが被測定物に接触したか、
つまり、接触方位が特定できると感度を補正できること
になる。従来例1では、測定素子がX軸測定用とY軸測
定用とに分かれているものの、それ以上に方向依存性を
考慮したものではない。同様に、従来例2においても、
方向依存性までは考慮されていない。
[0005] Here, the direction dependency means the degree to which the response of the measuring element differs depending on the contact location of the contact portion when the measurement section at the tip of the stylus comes into contact with the object to be measured. Where the contact portion touched the DUT, that is, the sensitivity differs depending on the contact orientation, so even if there is contact orientation dependence, where in the contact portion contacted the DUT,
That is, if the contact azimuth can be specified, the sensitivity can be corrected. In Conventional Example 1, although the measuring elements are divided into those for X-axis measurement and those for Y-axis measurement, no further consideration is given to the direction dependence. Similarly, in Conventional Example 2,
Direction dependence is not considered.

【0006】つまり、従来例1及び2では、接触方位が
特定されているものではなく、感度補正が行われていな
い。また、従来例3では、スタイラスの先端部分が被測
定物と接触する際の検出感度に方向性が生じないように
複数の圧電素子から出力される信号の絶対値の和を演算
して検出信号を取り出しているが、スタイラス軸に直交
する方向から被測定物に接する場合においては、検出感
度の方向依存性の改善は十分とはいえない。また、スタ
イラス軸方向から接する場合に関しては何ら言及されて
いない。
That is, in the conventional examples 1 and 2, the contact azimuth is not specified, and the sensitivity is not corrected. In Conventional Example 3, the sum of the absolute values of the signals output from the plurality of piezoelectric elements is calculated so that the detection sensitivity when the tip of the stylus comes into contact with the object to be measured does not have directivity. However, in the case where the device comes into contact with the object to be measured from a direction perpendicular to the stylus axis, the direction dependency of the detection sensitivity is not sufficiently improved. No mention is made of the case of contact from the stylus axis direction.

【0007】本発明の目的は、構造が簡易であり、方向
依存性がないタッチ信号プローブを提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a touch signal probe which has a simple structure and has no direction dependency.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、正
多角形体の圧電素子支持部の側面に検出用圧電素子を取
り付け、これらの検出用圧電素子から出力される出力信
号を所定のプロセスに従って演算処理して前記目的を達
成しようとするものである。
Therefore, according to the present invention, a piezoelectric element for detection is mounted on a side surface of a piezoelectric element supporting portion of a regular polygonal body, and output signals output from these piezoelectric elements for detection are processed according to a predetermined process. It is intended to achieve the above object by performing arithmetic processing.

【0009】具体的には本発明にかかるタッチ信号プロ
ーブは、先端に被測定物と接触する接触部を有する略柱
状のスタイラスに、前記接触部が被測定物に接触したこ
とを検出する検出用圧電素子を配置したタッチ信号プロ
ーブにおいて、前記スタイラスは、前記検出用圧電素子
を支持固定するための圧電素子支持部を有し、この圧電
素子支持部は前記スタイラスの軸と直交する断面が正n
(n=3,4……)角形とされる正多角形体であり、こ
の正多角形体の各側面に前記検出用圧電素子をそれぞれ
取り付け、これらの検出用圧電素子のうち少なくとも一
部の検出用圧電素子から出力される出力信号の変化を捕
らえて接触を検知する接触検知回路と、前記検出用圧電
素子の全てから出力される出力信号S1,S2,S3,…,Snの和
を求める第1加算回路及びこの第1加算回路で求められ
た和を(1/n)倍する第1増幅回路を有し前記出力信
号の平均(S1H)を求める平均値演算回路と、前記接触
検知回路が接触を検知した後、前記スタイラスの軸方向
の固有振動数等により決定される所定時間内において前
記第1増幅回路の出力の絶対値が最大となる電圧E 1H
保持する第1ピークホールド回路と、前記検出用圧電素
子から出力される出力信号S1,S2,S3,…,Snと前記第1増
幅回路の出力S1Hとの差を求める第1減算回路と、前記
接触検知回路が接触を検知した後、前記スタイラスの軸
と直交方向での振動の固有振動数等により決定される所
定時間内において前記第1減算回路の出力の絶対値が最
大となる電圧(E1v,E2v,…,Env)を保持する第2ピ
ークホールド回路と、前記第1ピークホールド回路で保
持された電圧(E1H)と前記第2ピークホールド回路で
保持された電圧(E1v,E2v,…,Env)とにより前記接
触部と前記被測定物とが接触する際の方位及び速度を検
出する接触状態検出回路とを備えたことを特徴とする。
Specifically, the touch signal processor according to the present invention
The probe is a column with a contact part at the tip that comes into contact with the object to be measured.
The stylus in contact with the object to be measured
Signal signal with a detection piezoelectric element
The stylus includes the detecting piezoelectric element.
A piezoelectric element support portion for supporting and fixing the piezoelectric element.
The cross section orthogonal to the axis of the stylus is positive n.
(N = 3, 4 ...) is a regular polygonal body that is a square,
The detection piezoelectric element is provided on each side of the regular polygonal body.
Attach at least one of these detecting piezoelectric elements
Changes in the output signal output from the piezoelectric element
A contact detection circuit for detecting contact and
Output signal S output from all elements1, STwo, SThree,…, SnSum of
And a first addition circuit for determining
A first amplifier circuit for multiplying the sum by (1 / n)
No. of averages (S1HA) an average value calculating circuit for determining
After the detection circuit detects the contact,
Within a predetermined time determined by the natural frequency of the
The voltage E at which the absolute value of the output of the first amplifier circuit becomes maximum 1HTo
A first peak hold circuit for holding, and the detecting piezoelectric element
Output signal S output from child1, STwo, SThree,…, SnAnd the first increase
Output S of width circuit1HA first subtraction circuit for determining the difference between
After the contact detection circuit detects a contact, the stylus shaft
Determined by the natural frequency of vibration in the direction orthogonal to
Within a fixed time, the absolute value of the output of the first subtraction circuit is minimized.
High voltage (E1v, E2v,…, Env)
And the first peak hold circuit.
The held voltage (E1H) And the second peak hold circuit
The held voltage (E1v, E2v,…, Env)
The direction and speed of contact between the touching part and the object
And a contact state detecting circuit for outputting the contact state.

【0010】測定のため、本発明のタッチ信号プローブ
を移動してスタイラスの接触部が被測定物に接触する
と、その接触を接触検知回路で検知し、接触時の衝撃力
が各検出用圧電素子から出力される。これらの出力信号
は演算処理されるが、まず、各検出用圧電素子から出力
される信号S1,S2,S3,…,Snの和を第1加算回路で演算す
るとともに、この和を第1増幅回路で(1/n)倍して
出力信号の平均(S1H)を求める。出力信号を和して平
均値を求めるのは、スタイラス軸に作用する曲げ歪成分
を除去してスタイラス軸方向に作用する縦歪成分を抽出
するためである。さらに、前記検出用圧電素子から出力
される出力信号S1,S2,S3,…,Snと前記第1増幅回路の出
力(S1H)との差(SnV)を第1減算回路で求める。こ
れらの差を求めるのは、スタイラス軸と直交する方向に
作用する横歪成分を抽出するためである。
For the measurement, when the contact portion of the stylus comes into contact with the object to be measured by moving the touch signal probe of the present invention, the contact is detected by a contact detection circuit, and the impact force at the time of the contact is detected by each of the detecting piezoelectric elements. Output from These output signals are arithmetic processing, first, the signal S 1, S 2, S 3 output from the detecting piezoelectric element, ..., as well as calculating the sum of S n in the first addition circuit, the sum Is multiplied by (1 / n) in the first amplifier circuit to obtain the average (S 1H ) of the output signal. The reason why the average value is obtained by summing the output signals is to remove a bending distortion component acting on the stylus axis and extract a longitudinal distortion component acting in the stylus axis direction. Further, the output signal S 1 output from the detecting piezoelectric element, S 2, S 3, ..., the output of the and S n the first amplifier circuit (S IH) difference between the (S nV) the first subtraction circuit Ask for. The reason for obtaining these differences is to extract a transverse distortion component acting in a direction orthogonal to the stylus axis.

【0011】その後、前記第1増幅回路の出力の絶対値
が最大となる電圧(E1H)を第1ピークホールド回路で
保持し、前記第1減算回路の出力の絶対値が最大となる
電圧(E1v,E2v,…,Env)を第2ピークホールド回路
で保持する。これらのピークホールド回路で保持された
電圧(E1H)と電圧(E1v,E2v,…,Env)とにより前
記接触部と前記被測定物とが接触する際の方位及び速度
を接触状態検出回路で検出する。従って、本発明では、
各検出用圧電素子から出力される信号を処理することに
より、方向依存性をなくして精度の高い測定が行える。
さらに、多角形体の側面に検出用圧電素子を取り付ける
ものであるから、タッチ信号プローブの構造を簡易なも
のにできる。
Thereafter, the voltage (E 1H ) at which the absolute value of the output of the first amplifier circuit becomes maximum is held by the first peak hold circuit, and the voltage (E 1H ) at which the absolute value of the output of the first subtraction circuit becomes maximum ( E 1v , E 2v ,..., En v ) are held by the second peak hold circuit. The azimuth and speed at which the contact portion comes into contact with the object to be measured are determined by the voltage (E 1H ) and the voltages (E 1v , E 2v ,..., Env ) held by these peak hold circuits. Detected by the detection circuit. Therefore, in the present invention,
By processing the signal output from each detecting piezoelectric element, highly accurate measurement can be performed without directional dependency.
Further, since the detection piezoelectric element is attached to the side surface of the polygon, the structure of the touch signal probe can be simplified.

【0012】ここで、本発明では、前記接触状態検出回
路は、前記第2ピークホールド回路で保持された電圧
(E1v,E2v,…,Env)を2乗して(E1v 2,E2v 2,…,E
nv 2)を求める第1乗算回路と、この第1乗算回路の出
力(E1v 2,E2v 2,…,Env 2)の和(E1v 2+E2v 2+…+
nv 2)を求める第2加算回路と、この第2加算回路の
出力(E1v 2+E2v 2+…+Env 2)を(1/n)倍する
第2増幅回路と、この第2増幅回路の出力{(E1v 2
2v 2+…+Env 2)/n}の平方根を求める第1演算回
路と、前記第2ピークホールド回路で保持された電圧
(E1v,E2v,…,En v)と前記第1演算回路の出力との
比を求める第1除算回路と、この第1除算回路の出力の
アークコサインを演算して前記スタイラスの軸方向と直
交する平面内で前記接触部と前記被測定物との接触方位
βを求める第2演算回路と、を備えた構成としてもよ
い。この構成では、接触方位βを確実に演算することが
できるから、この接触方位βを特定して所定の方法で感
度が補正できるから、精度の高い測定が行える。
Here, in the present invention, the contact state detection circuit squares the voltage (E 1v , E 2v ,..., Env ) held by the second peak hold circuit to (E 1v 2 , E 2v 2 ,…, E
nv 2 ) and the sum (E 1v 2 + E 2v 2 +... +) of the outputs (E 1v 2 , E 2v 2 ,..., E nv 2 ) of the first multiplier.
Env 2 ), a second amplifying circuit for multiplying the output (E 1v 2 + E 2v 2 +... + E nv 2 ) of the second adding circuit by (1 / n), and a second amplifying circuit Circuit output {(E 1v 2 +
E 2v 2 + ... + E nv 2) / n} a first arithmetic circuit for obtaining a square root of said second voltage held by the peak hold circuit (E 1v, E 2v, ... , E n v) the first A first division circuit for calculating a ratio with respect to an output of an arithmetic circuit; and an arc cosine of an output of the first division circuit for calculating an arc cosine between the contact portion and the device under test in a plane orthogonal to the axial direction of the stylus. And a second arithmetic circuit for determining the contact azimuth β. In this configuration, since the contact azimuth β can be reliably calculated, the contact azimuth β can be specified and the sensitivity can be corrected by a predetermined method, so that highly accurate measurement can be performed.

【0013】これに対して、前記圧電素子支持部を正四
角形体とした場合、前記接触状態検出回路は、前記第2
ピークホールド回路で各々保持された電圧(E1v)(E
2v)の比(E1v/E2v)を求める第4除算回路と、この
第4除算回路の出力のアークタンジェントを演算して前
記スタイラスの軸方向と直交する平面内の前記接触部と
前記被測定物との接触方位βを求める第4演算回路と、
を備えた構成でもよい。この構成では、前述の構成に比
べて、簡易な構成で接触方位βを確実に演算することが
できる。
On the other hand, when the piezoelectric element supporting portion is a regular quadrilateral, the contact state detecting circuit is provided with the second
The voltage (E 1v ) (E
2v ), and a fourth division circuit for calculating the ratio (E 1v / E 2v ), and calculating the arc tangent of the output of the fourth division circuit to contact the contact portion in a plane perpendicular to the axial direction of the stylus with the object. A fourth arithmetic circuit for determining a contact direction β with the object;
May be provided. With this configuration, the contact azimuth β can be reliably calculated with a simple configuration as compared with the above-described configuration.

【0014】さらに、前記接触状態検出回路は、前記第
1ピークホールド回路で保持された電圧(E1H)を所定
の倍率に増幅する第3増幅回路と、前記第2ピークホー
ルド回路で保持された電圧(E1v,E2v,…,Env)を2
乗して(E1v 2,E2v 2,…,Env 2)を求める第1乗算回路
と、この第1乗算回路の出力(E1v 2,E2v 2,…,Env 2
の和(E1v 2+E2v 2+…+Env 2)を求める第2加算回
路と、この第2加算回路の出力(E1v 2+E2v 2+…+E
nv 2)を(1/n)倍する第2増幅回路と、この第2増
幅回路の出力{(E1v 2+E2v 2+…+Env 2)/n}の
平方根を求める第1演算回路と、前記第3増幅回路の出
力と前記第1演算回路の出力との比を求める第2除算回
路と、この第2除算回路の出力のアークタンジェントを
演算してスタイラス軸を含む平面内で前記接触部と前記
被測定物との接触方位αを求める第3演算回路と、を備
えた構成でもよい。この構成では、接触方位αを確実に
演算することができるから、接触方位αを特定して所定
の方法で感度が補正できるから、精度の高い測定が行え
る。
Further, the contact state detecting circuit is provided with
The voltage (E) held by one peak hold circuit1H) Prescribed
A third amplifying circuit for amplifying to the magnification of
Voltage (E1v, E2v,…, Env) To 2
And take (E1v Two, E2v Two,…, Env Two) To find the first multiplier
And the output of this first multiplier (E1v Two, E2v Two,…, Env Two)
The sum of (E1v Two+ E2v Two+ ... + Env Two2nd addition round for finding)
Path and the output (E1v Two+ E2v Two+ ... + E
nv Two) Is multiplied by (1 / n), and the second amplifier circuit
Output of width circuit {(E1v Two+ E2v Two+ ... + Env Two) / N}
A first arithmetic circuit for obtaining a square root;
A second division for determining the ratio of the force to the output of the first arithmetic circuit
And the arc tangent of the output of this second division circuit
The contact portion and the contact portion are calculated in a plane including the stylus axis.
A third arithmetic circuit for determining a contact direction α with the object to be measured.
The configuration described above may be used. In this configuration, the contact direction α
Can be calculated, specify contact azimuth α and specify
The sensitivity can be corrected by the method of
You.

【0015】また、前記接触状態検出回路は、前記第1
ピークホールド回路で保持された電圧(E1H)を所定の
倍率Kに増幅する第3増幅回路と、この第3増幅回路の
出力を2乗する第3乗算回路と、前記第2ピークホール
ド回路で保持された電圧(E 1v,E2v,…,Env)を2乗
して(E1v 2,E2v 2,…,Env 2)を求める第1乗算回路
と、この第1乗算回路の出力(E1v 2,E2v 2,…,Env 2
の和(E1v 2+E2v 2+…Env 2)を求める第2加算回路
と、この第2加算回路の出力(E1v 2+E2v 2+…+Env
2)を(1/n)倍する第2増幅回路と、前記第3乗算
回路の出力と前記第2増幅回路の出力との和を求める第
3加算回路と、この第3加算回路の平方根を演算して前
記接触部と前記被測定物とが接触する際の速度Vに比例
する量を求める第3演算回路と、を備えた構成でもよ
い。この構成では、接触速度Vに比例する量を確実に演
算することができるから、スタイラスの接触速度に比例
する量を特定して所定の方法で感度が補正できるので、
精度の高い測定が行える。
[0015] The contact state detection circuit may be configured to detect the first state.
The voltage held by the peak hold circuit (E1HGiven)
A third amplifying circuit for amplifying the magnification K, and a third amplifying circuit
A third multiplying circuit for squaring the output, and the second peak hall
Voltage (E 1v, E2v,…, Env) Squared
(E1v Two, E2v Two,…, Env Two) To find the first multiplier
And the output of this first multiplier (E1v Two, E2v Two,…, Env Two)
The sum of (E1v Two+ E2v Two+ ... Env Two) To find the second addition circuit
And the output (E1v Two+ E2v Two+ ... + Env
Two) Multiplied by (1 / n), and the third multiplication circuit
A second circuit for calculating a sum of an output of the circuit and an output of the second amplifier circuit;
A third adder circuit and the square root of the third adder circuit are calculated and
Proportional to the speed V at which the contact part comes into contact with the object to be measured
And a third arithmetic circuit for determining the amount of
No. In this configuration, an amount proportional to the contact speed V is reliably performed.
Can be calculated, so it is proportional to the stylus contact speed
Since the sensitivity can be corrected by a predetermined method by specifying the amount to be
Highly accurate measurement can be performed.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図1(A)には本発明の一
実施形態にかかるタッチ信号プローブの全体構成が示さ
れている。図1(A)において、本実施形態のタッチ信
号プローブは、先端に被測定物と接触する球状の接触部
1Aを有する略柱状のスタイラス1に複数個の圧電素子
2を取り付けた構造であり、スタイラス1は、前記接触
部1Aと、この接触部1Aが一端部に取り付けられた断
面円形のスタイラス本体1Bと、このスタイラス本体1
Bの他端部に一体形成された圧電素子支持部1Cと、こ
の圧電素子支持部1Cの端部に設けられ図示しないプロ
ーブ本体に装着するねじ部1Dとを備え、これらの部材
はスタイラス軸上に配置されている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1A shows the entire configuration of a touch signal probe according to one embodiment of the present invention. In FIG. 1A, the touch signal probe of the present embodiment has a structure in which a plurality of piezoelectric elements 2 are attached to a substantially column-shaped stylus 1 having a spherical contact portion 1A at the tip thereof for contacting an object to be measured. The stylus 1 includes the contact portion 1A, a stylus body 1B having a circular cross section with the contact portion 1A attached to one end, and a stylus body 1
B, a piezoelectric element supporting portion 1C integrally formed at the other end portion, and a screw portion 1D provided at an end portion of the piezoelectric element supporting portion 1C and attached to a probe main body (not shown). Are located in

【0017】圧電素子支持部1Cはスタイラス軸と直交
する断面が正n(n=3,4……)角形とされる正多角
形体であり、この正多角形体の各側面に前記圧電素子2
1,22,23……2nがその全面において接着剤等でそれ
ぞれ固着されている。例えば、圧電素子支持部1Cは、
図1(B)に示される通り、断面正三角形でもよく、こ
の場合、その各側面に圧電素子21〜23が固着されてい
る。さらに、圧電素子支持部1Cは、図1(C)に示さ
れる通り、断面正方形でもよく、この場合、その各側面
に圧電素子21〜24が固着されている。このうち、圧電
素子21,23は圧電素子支持部1Cを挟んで互いに表裏
の関係にあり、圧電素子22,24は圧電素子21,23
隣り合う位置において、互いに表裏の関係にある。
The piezoelectric element supporting portion 1C is a regular polygon whose cross section orthogonal to the stylus axis is a regular n (n = 3, 4...) Polygon, and the piezoelectric element 2 is provided on each side surface of the regular polygon.
1 , 2 2 , 2 3 ... 2 n are fixed with an adhesive or the like on the entire surface. For example, the piezoelectric element support 1C is
As shown in FIG. 1 (B), it may be a cross-section an equilateral triangle, in this case, the piezoelectric element 2 1 to 2 3 is secured to its respective side surface. Furthermore, the piezoelectric element support part 1C, as shown in FIG. 1 (C), may be a square cross-section, in this case, the piezoelectric elements 21 to 24 are fixed to the respective side. Of these, the piezoelectric elements 2 1, 2 3 is in the front and back relationship to each other across the piezoelectric element support part 1C, at a position where the piezoelectric element 2 2, 2 4 is adjacent to the piezoelectric element 2 1, 2 3, the front and back of each other In a relationship.

【0018】被測定物がスタイラス1の接触部1Aに接
触した際に、各圧電素子21,22,2 3,…,2nから出力信
号S1,S2,S3,…,Snが出力される。接触部1Aは被測
定物へ種々の接触方位で接触するが、本実施形態では、
図2に示される通り、スタイラス軸を含むような平面内
の角度をαと定義し、スタイラス軸と直交する平面内の
角度をβと定義する。被測定物がスタイラス1の接触部
1Aに接触した際に、圧電素子21,22,23,…,2nから
出力信号S1,S2,S3,…,Snが出力されるが、このう
ち、1個の圧電素子21に注目すると、その出力信号
は、一般に、図3(A)に示される通り、スタイラス軸
に直交する方向SVの振動による成分と、図3(B)に
示されるとおり、スタイラス軸方向SHの振動による成
分とを含んでいる。そのため、圧電素子21の出力信号
をS1とし、そのスタイラス軸と直交する方向の振動の
成分をS1vとし、そのスタイラス軸方向の振動の成分を
1Hと定義すると、
The object to be measured contacts the contact portion 1A of the stylus 1.
When touched, each piezoelectric element 21, 2Two, 2 Three,…, 2nOutput signal from
No. S1, STwo, SThree,…, SnIs output. Contact part 1A is measured
Although it comes into contact with the fixed object in various contact directions, in this embodiment,
As shown in FIG. 2, in a plane including the stylus axis
Is defined as α, and in the plane orthogonal to the stylus axis
The angle is defined as β. DUT is in contact with stylus 1
1A, the piezoelectric element 21, 2Two, 2Three,…, 2nFrom
Output signal S1, STwo, SThree,…, SnIs output.
When one piezoelectric element 21 is focused on, its output signal
Is generally a stylus shaft as shown in FIG.
Direction S perpendicular toVFIG. 3 (B) shows the component due to the vibration of
As shown, stylus axial direction SHOf vibration
And minutes. Therefore, the piezoelectric element 21Output signal
S1And the vibration in the direction perpendicular to the stylus axis
Component S1vAnd the component of the vibration in the stylus axis direction is
S1HIs defined as

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】となる。他の圧電素子22,23,…,2nの出
力信号S2,S3,…,Snについても同様に定義すると、
## EQU1 ## If the output signals S 2 , S 3 ,..., S n of the other piezoelectric elements 2 2 , 2 3 ,.

【0021】[0021]

【数2】 (Equation 2)

【0022】と表すことができる。圧電素子21,22,2
3,…,2nの出力信号S1,S2,S3,…,Snにおいて、スタ
イラス軸に直交する方向の振動による成分S1v,S2v,S
3V,…,Snvは、圧電素子21,22,23,…,2nの感度に方
向依存性があるので、その和は、
Can be expressed as Piezoelectric elements 2 1 , 2 2 , 2
3, ..., 2 n output signals S 1 of, S 2, S 3, ... , in S n, component S 1 v due to vibration in the direction orthogonal to the stylus axis, S 2v, S
3V, ..., S nv is the piezoelectric element 2 1, 2 2, 2 3, ..., because the sensitivity of the 2 n is directional dependence and the sum,

【0023】[0023]

【数3】 (Equation 3)

【0024】となる。つまり、各圧電素子21,22,23
……2nは、スタイラス軸を中心に互いに所定角度離れ
て配置されているため、スタイラス軸を挟んで互いに表
裏の関係にある圧電素子21,22,23……2nでは、出力
信号のうちスタイラス軸に直交する方向の振動による成
分S1v,S2v,S3V,……,Snvが反対の値となり、全体と
して相殺される。圧電素子21,22,23……2nの出力信
号において、スタイラス軸方向の振動による成分S1H,
2H,S3H,……SnHは、圧電素子21,22,23……2n
感度に方向依存性がないので、
## EQU1 ## That is, each piezoelectric element 2 1 , 2 2 , 2 3
...... 2 n, because they are spaced apart a predetermined angle from each other about the stylus axis, the piezoelectric element 2 1, 2 2, 2 3 ...... 2 n in the front and back relationship to each other across the stylus shaft, an output The components S 1v , S 2v , S 3V ,..., S nv of the signal due to vibration in the direction perpendicular to the stylus axis have opposite values, and are canceled out as a whole. In the output signals of the piezoelectric elements 2 1 , 2 2 , 2 3 ... 2 n , components S 1H ,
S 2H, S 3H, ...... S nH , since there is no directional dependence on the sensitivity of the piezoelectric element 2 1, 2 2, 2 3 ...... 2 n,

【0025】[0025]

【数4】 (Equation 4)

【0026】となる。従って、S1からSnまでの和を求
め、nで除算すると、
## EQU1 ## Therefore, it calculates the sum of the S 1 to S n, when divided by n,

【0027】[0027]

【数5】 (Equation 5)

【0028】となり、スタイラス軸方向の振動による成
分を抽出することができる。また、スタイラス軸と直交
する方向の振動による成分は、
Thus, the component due to the vibration in the stylus axis direction can be extracted. Also, the component due to the vibration in the direction orthogonal to the stylus axis is

【0029】[0029]

【数6】 (Equation 6)

【0030】の式から抽出することができる。図4は、
式より求めた圧電素子21の出力信号のうちスタイラ
ス軸に直交する方向の振動による成分S1vの時間的な変
化を詳細に示したグラフである。図4において、スタイ
ラス軸と直交する方向の振動成分S1vがスタイラス軸に
直交する方向の固有振動数等によって決まる時間Tv
おいて、極大値E1vをとることが示されている。この極
大値E1vは、接触方位βにより負の電圧となることがあ
るので、接触後ある一定時間経過する間のS1vの絶対値
が最大となる電圧として定義する。E2V,…,EnvもE1v
と同様に定義する。接触速度が一定であれば、圧電素子
感度に方向依存性があるため、接触方位βによりE1v,
2v,E3v,……,Envは図5に示す通りに変化する。ま
た、電圧E1vの最大値Arは、接触時の速度Vに比例す
る。これは、被接触部1Aが被測定物に接触する際の衝
撃力に比例して圧電素子21から出力される出力信号の
大きさ(電圧)が大きくなるからである。さらに、電圧
1vの最大値Arは、接触方位αに依存する。つまり、
接触方位αが小さければ電圧E1vの最大値Arは大きく
なるが、接触方位αが大きければ電圧E1vの最大値Ar
は小さくなる。
It can be extracted from the following equation. FIG.
It is a graph showing in detail the temporal change of the component S 1 v due to vibration in the direction orthogonal to the stylus axis of the piezoelectric element 2 1 of the output signal obtained from the equation. FIG. 4 shows that the vibration component S 1v in the direction orthogonal to the stylus axis takes a local maximum value E 1v at time T v determined by the natural frequency in the direction orthogonal to the stylus axis. Since the maximum value E 1v may be a negative voltage depending on the contact direction β, the maximum value E 1v is defined as a voltage at which the absolute value of S 1v becomes maximum during a certain time after the contact. E 2V ,…, E nv also E 1v
Is defined similarly. If the contact speed is constant, the sensitivity of the piezoelectric element has direction dependency, so E 1v ,
E 2v , E 3v ,..., En nv change as shown in FIG. The maximum value A r of the voltage E 1 v is proportional to the velocity V at the time of contact. This is because the magnitude of the output signal which the contact part 1A is output from the piezoelectric element 2 1 in proportion to the impact force when contacting the workpiece (voltage) increases. Furthermore, the maximum value A r of the voltage E 1 v is dependent on the contact direction alpha. That is,
Contact azimuth α although increases maximum A r of smaller if the voltage E 1 v, the maximum value A r of the voltage E 1 v greater contact azimuth α
Becomes smaller.

【0031】図6は式より求めた圧電素子21の出力
信号のうちスタイラス軸方向の振動成分S1Hの時間的な
変化を詳細に示したグラフである。図6において、スタ
イラス軸方向の振動成分S1Hがスタイラス軸方向の固有
振動数等によって決まる時間THにおいて、極大値E1H
をとることが示されている。この極大値E1Hも極大値E
1vと同様に、接触後ある一定時間経過する間のS1Hの絶
対値が最大となる電圧として定義する。接触時の速度V
が一定であれば、接触方位αにより極大値E1Hと電圧E
1vの最大値Arとは図7で示される通り変化する。つま
り、図7において、接触方位αが0度から90度になる
に従ってスタイラス軸方向の振動成分S1Hの極大値E1H
は大きくなるが、逆に、スタイラス軸と直交する方向の
振動成分S1vの電圧E1vの最大値Arは小さくなる。ま
た、接触方位が一定であれば、電圧E1Hと電圧E1vの最
大値Arとはいずれも速度Vに比例する。
[0031] FIG. 6 is a graph showing the temporal change of the vibration component S IH stylus axial detail of the piezoelectric element 2 1 of the output signal obtained from the equation. In FIG. 6, a maximum value E 1H is obtained at a time T H at which the vibration component S 1H in the stylus axis direction is determined by the natural frequency and the like in the stylus axis direction.
Is taken. This maximum value E 1H is also the maximum value E
Similarly to 1v, it is defined as a voltage at which the absolute value of S 1H is maximized during a certain time after the contact. Speed V at the time of contact
Is constant, the maximum value E 1H and the voltage E
The maximum value A r of 1v changes as shown in FIG. That is, in FIG. 7, the local maximum value E 1H of the vibration component S 1H in the stylus axis direction increases as the contact direction α changes from 0 degree to 90 degrees.
Although increases, conversely, the maximum value A r of the voltage E 1 v of the vibration component S 1 v in the direction orthogonal to the stylus axis decreases. Further, if the contact direction is constant, it is proportional to both the velocity V and the maximum value A r of the voltage E IH and the voltage E 1 v.

【0032】ここで、Kv:スタイラスの軸と直交する
方向の剛性、圧電素子の同方向感度等によって決まる定
数、KH:スタイラスの軸方向の剛性、圧電素子の同方
向感度等で決まる定数、φi:圧電素子の配置により決
まるE1vとの位相差(φi=360(i−1)/n)と
すると、次の式を求めることができる。
Here, K v : a stiffness in a direction orthogonal to the axis of the stylus, a constant determined by the same-direction sensitivity of the piezoelectric element, and K H : a constant determined by an axial stiffness of the stylus, the same-direction sensitivity of the piezoelectric element, and the like. , Φi: Assuming that the phase difference from E1v determined by the arrangement of the piezoelectric elements (φi = 360 (i−1) / n), the following equation can be obtained.

【0033】[0033]

【数7】 (Equation 7)

【0034】以上のプロセスに従って、圧電素子21,2
2,…,2nから出力される出力信号の接触方位α及びβ
と、速度Vに比例する量を検出することができるが、出
力信号生成装置のブロック図が図8に示されている。図
8において、圧電素子21,22,……,2nから出力され
る出力信号S1,S2,……,Snは、その和(S1+S2+…
+Sn)が第1加算回路31で演算され、この和が第1
増幅回路32で(1/n)倍に増幅される。
According to the above process, the piezoelectric elements 2 1 , 2
2 ,..., 2 n the contact directions α and β of the output signals output from n
, An amount proportional to the speed V can be detected. A block diagram of the output signal generation device is shown in FIG. 8, the piezoelectric element 2 1, 2 2, ..., the output signal is outputted from the 2 n S 1, S 2, ..., S n, the sum (S 1 + S 2 + ...
+ S n ) is calculated by the first adder circuit 31, and the sum is calculated as the first
The signal is amplified (1 / n) times by the amplifier circuit 32.

【0035】これらの第1加算回路31及び第1増幅回
路32から圧電素子21,22,…,2 nの全てから出力さ
れる出力信号S1,S2…Snの平均(S1H)を式から演
算する平均値演算回路33が構成される。圧電素子21,
2,…,2nから出力される出力信号S1,S2…Snと第1
増幅回路31の出力S1Hとの差を式に基づいて第1減
算回路34で演算処理する。これにより、出力信号S1,
2…Snのスタイラス軸と直交する方向で振動する成分
1v,S2v,…,Snvを抽出することができる。
The first addition circuit 31 and the first amplification circuit
From the path 32 to the piezoelectric element 21, 2Two,…, 2 nOutput from all of
Output signal S1, STwo... SnAverage (S1H) From a formula
An average value calculation circuit 33 for calculating the average value is configured. Piezoelectric element 21,
2Two,…, 2nOutput signal S output from1, STwo... SnAnd the first
Output S of amplifier circuit 311HIs reduced by the first value based on the formula.
The arithmetic processing is performed by the arithmetic circuit 34. Thereby, the output signal S1,
STwo... SnComponent oscillating in the direction perpendicular to the stylus axis
S 1v, S2v,…, SnvCan be extracted.

【0036】圧電素子21,22,…,2nのうち少なくとも
一部の検出用圧電素子21,22,…,2nから出力される出
力信号S1,S2,……,Snは、接触検知回路35に送ら
れ、この接触検知回路35は、出力信号S1,S2,……,
nの振幅、周波数、位相等の変化を捕らえてスタイラ
ス1の接触部1Aが被測定物に接触したことを検知する
ものであり、その具体的な構成は、特願平8-146709号や
特願平8-164710号に示されている。
The piezoelectric element 2 1, 2 2, ..., 2 at least a portion of the detecting piezoelectric elements of n 2 1, 2 2, ..., the output signal is outputted from the 2 n S 1, S 2, ......, Sn is sent to a contact detection circuit 35, which outputs output signals S 1 , S 2 ,.
Are those amplitude of S n, frequency, capture the change of phase such as the contact portions 1A of the stylus 1 detects that the contact with the object to be measured, its specific configuration is, Ya Japanese Patent Application No. 8-146709 It is shown in Japanese Patent Application No. 8-164710.

【0037】接触検知回路35が接触を検知した後、ス
タイラス1の軸方向の固有振動数により決定される一定
時間TH経過するまでの間に第1増幅回路32の出力S
1Hの絶対値が最大となる電圧E1Hを第1ピークホールド
回路36で保持し、接触検知回路35が接触を検知した
後、スタイラス1の軸と直交方向での振動の固有振動数
等により決定される一定時間Tv経過するまでの間に第
1減算回路34の出力S1v,S2v,…,Snvの絶対値が最
大となる電圧(E1v,E2v,…,Env)を第2ピークホー
ルド回路37で保持する。これらのピークホールド回路
36,37で保持された電圧E1H及び電圧(E1v,E2v
…Env)のデータに基づいて接触状態検出回路38によ
りスタイラス1の接触部1Aと被測定物とが接触する際
の方位αβ及び速度Vが検出される。
[0037] After the contact detection circuit 35 detects the contact, the output until a certain time T H has elapsed determined by the natural frequency of axial stylus 1 of the first amplifier circuit 32 S
The voltage E 1H at which the absolute value of 1H becomes the maximum is held by the first peak hold circuit 36, and after the contact detection circuit 35 detects the contact, it is determined by the natural frequency of vibration in the direction orthogonal to the axis of the stylus 1 and the like. and the output S 1 v of the first subtraction circuit 34 until a predetermined time T v elapsed, S 2v, ..., the voltage absolute value is maximum of S nv (E 1v, E 2v , ..., E nv) the It is held by the second peak hold circuit 37. The voltage E 1H and the voltage (E 1v , E 2v) held by these peak hold circuits 36 and 37 are
.. E nv ), the contact state detection circuit 38 detects the azimuth αβ and the velocity V when the contact portion 1A of the stylus 1 contacts the object to be measured.

【0038】接触状態検出回路38の具体的な構成が図
9に示されている。図9は接触状態検出回路38のブロ
ック図である。図9において、接触状態検出回路38
は、スタイラス1の軸方向と直交する平面内で接触部1
Aと被測定物との接触方位βを求めるため、第2ピーク
ホールド回路37で保持された電圧を2乗する第1乗算
回路41と、この第1乗算回路41の出力の和を演算す
る第2加算回路42と、この第2加算回路42の出力を
(1/n)倍する第2増幅回路43と、この第2増幅回
路43の出力の平方根を求める第1演算回路44と、第
2ピークホールド回路37で保持された電圧E1vと第1
演算回路44の出力との比を求める第1除算回路45
と、この第1除算回路45の出力のアークコサインを演
算する第2演算回路46と、を備えて構成されている。
FIG. 9 shows a specific configuration of the contact state detection circuit 38. FIG. 9 is a block diagram of the contact state detection circuit 38. In FIG. 9, the contact state detection circuit 38
Is a contact part 1 in a plane orthogonal to the axial direction of the stylus 1.
A first multiplication circuit 41 for squaring the voltage held by the second peak hold circuit 37 to calculate a contact azimuth β between A and the device under test, and a second multiplication circuit for calculating the sum of the outputs of the first multiplication circuit 41 A second adder circuit 42; a second amplifier circuit 43 for multiplying the output of the second adder circuit 42 by (1 / n); a first arithmetic circuit 44 for calculating the square root of the output of the second amplifier circuit 43; The voltage E1v held by the peak hold circuit 37 and the first
First division circuit 45 for obtaining a ratio with the output of operation circuit 44
And a second operation circuit 46 for calculating the arc cosine of the output of the first division circuit 45.

【0039】第1乗算回路41では、電圧(E1v,E2v,
…,Env)をそれぞれ2乗することにより、(E1v 2,E
2v 2,…,Env 2)が求められる。第2算回路42では、こ
れらの2乗した値を加算するため、(E1v 2+E2v 2+…
+Env 2)が求められる。第2増幅回路43では、第2
加算回路42で求められた値(E1v 2+E2v 2+…+Env
2)を(1/n)倍した値が求められる。第1演算回路
44では、第2増幅回路43で求められた値の平方根が
求められる。
In the first multiplication circuit 41, the voltages (E 1v , E 2v ,
, E nv ) are squared to obtain (E 1v 2 , E nv )
2v 2 ,..., Env 2 ). The second arithmetic circuit 42 adds (E 1v 2 + E 2v 2 +...)
+ E nv 2 ). In the second amplifier circuit 43, the second
The value (E 1v 2 + E 2v 2 +... + E nv) obtained by the addition circuit 42
2 ) times (1 / n). In the first operation circuit 44, the square root of the value obtained in the second amplification circuit 43 is obtained.

【0040】[0040]

【数8】 (Equation 8)

【0041】が求められる。この値は電圧E1vの最大値
Arである。第1除算回路45では、第2ピークホール
ド回路37で保持された電圧(E1v,E2v…+Env…)
と第1演算回路44の出力Arとの比(E1v/Ar)を求
める。第2演算回路46では、第1除算回路45の出力
(E1v/Ar)のアークコサイン(Cos-1(E1v/Ar)を
演算してスタイラス1の軸方向と直交する平面内で接触
部1Aと被測定物との接触方位βが求められる。
Is required. This value is the maximum value Ar of the voltage E1v . In the first division circuit 45, the voltages (E 1v , E 2v ... + E nv ...) Held in the second peak hold circuit 37
When determining the ratio (E 1 v / A r) of the output A r of the first arithmetic circuit 44. The second operation circuit 46, the plane perpendicular to the arc cosine (Cos -1 (axial E 1v / A r) and by calculating the stylus first output (E 1v / A r) of the first divider circuit 45 The contact direction β between the contact portion 1A and the object to be measured is determined.

【0042】接触状態検出回路38は、スタイラス軸を
含む平面内で接触部1Aと被測定物との接触方位αを求
めるため、第1ピークホールド回路36で保持された電
圧(E1H)を所定の倍率Kに増幅する第3増幅回路51
と、第2ピークホールド回路37で保持された電圧(E
1v,E2v,…,Env)を2乗して(E1v 2,E2v 2,…,
nv 2)を求める前記第1乗算回路41と、この第1乗
算回路41の出力(E1v 2,E2 v 2,…,Env 2)の和(E1v
2+E2v 2+…+Env 2)を求める第2加算回路42と、
この第2加算回路42の出力(E1v 2+E2v 2+…+Env
2)を(1/n)倍する第2増幅回路43と、この第2
増幅回路43の出力{(E1v 2+E2v 2+…+Env 2)/
n}の平方根を求める第1演算回路44と、第3増幅回
路51の出力(K×E1H)と第1演算回路44の出力と
の比を求める第2除算回路52と、この第2除算回路5
2の出力のアークタンジェントを演算する第3演算回路
53とを備えて構成されている。
The contact state detecting circuit 38 controls the stylus axis.
The contact azimuth α between the contact part 1A and the DUT in the plane
The voltage held by the first peak hold circuit 36
Pressure (E1H) To a predetermined magnification K.
And the voltage (E) held by the second peak hold circuit 37.
1v, E2v,…, Env) Squared (E)1v Two, E2v Two,…,
Env Two), And the first multiplier 41
The output (E1v Two, ETwo v Two,…, Env Two) Sum (E1v
Two+ E2v Two+ ... + Env Two), A second addition circuit 42 for determining
The output (E1v Two+ E2v Two+ ... + Env
Two) Is multiplied by (1 / n), and the second amplifier 43
The output 増 幅 (E1v Two+ E2v Two+ ... + Env Two) /
a first arithmetic circuit 44 for calculating the square root of n}, and a third amplification circuit
Output of road 51 (K × E1H) And the output of the first arithmetic circuit 44
And a second division circuit 52 for calculating the ratio of
A third arithmetic circuit for calculating the arc tangent of the output of 2
53.

【0043】第3増幅回路51では、電圧(E1H)を所
定の倍率Kにするが、ここでKは、K=(Kv/KH)で
ある。これは、スタイラス1の剛性及び圧電素子21,2
2,…,2nの感度方向依存性により、式で示されるKv
とKHとは一般的に異なり、そのため、E1Hの最大値と
vの最大値とが相違することにより、これらの値を図
10に示される通り、等しくするためである。第3演算
回路53では、第3増幅回路51の出力(K×E1H)と
第1演算回路44の出力との比のアークタンジェント
(tan-1{(K×E1H)/Av}を演算するが、この値を
求めることにより、スタイラス軸を含む平面内で接触部
1Aと被測定物との接触方位αが求まることになる。
In the third amplifier circuit 51, the voltage (E 1H ) is set to a predetermined magnification K, where K = (K v / K H ). This is due to the rigidity of the stylus 1 and the piezoelectric elements 2 1 , 2
Due to the sensitivity direction dependence of 2 ,..., 2 n , K v
Unlike common to the K H, therefore, by the maximum value of the maximum value and A v of E IH it is different, as shown these values in FIG. 10, in order to equalize. The third arithmetic circuit 53 calculates the arc tangent (tan -1 {(K * E 1H ) / A v } of the ratio between the output (K × E 1H ) of the third amplifier circuit 51 and the output of the first arithmetic circuit 44. By calculating this value, the contact azimuth α between the contact portion 1A and the object to be measured is determined in a plane including the stylus axis.

【0044】接触状態検出回路38は、接触部1Aと被
測定物とが接触する際の速度Vに比例する量を求めるた
め、第1ピークホールド回路36で保持された電圧(E
1H)を所定の倍率Kに増幅する第3増幅回路51と、こ
の第3増幅回路51の出力を2乗する第3乗算回路61
と、第2ピークホールド回路37で保持された電圧を2
乗する第1乗算回路41と、この第1乗算回路41の出
力の和を求める第2加算回路42と、この第2加算回路
42の出力を(1/n)倍する第2増幅回路43と、第
3乗算回路61の出力と第2増幅回路43の出力との和
を求める第3加算回路62と、この第3加算回路62の
出力値の平方根を演算する第3演算回路63とを備えた
構成である。第3乗算回路61では、電圧(E1H)をK
倍にした値を2乗して{K×(E1H)}2が求められ
る。第3加算回路62では、(KE1H2+(Ar2
求められる。第3演算回路63では、{(KE1H2
(Ar21/2が求められる。この値を求めることによ
り、速度Vに比例する量が検出される。
The contact state detection circuit 38 obtains the voltage (E) held by the first peak hold circuit 36 in order to obtain an amount proportional to the speed V when the contact portion 1A comes into contact with the object to be measured.
1H ) to a predetermined magnification K, and a third multiplier circuit 61 for squaring the output of the third amplifier circuit 51.
And the voltage held by the second peak hold circuit 37 is 2
A first multiplication circuit 41 for multiplying the first multiplication circuit 41, a second addition circuit 42 for obtaining the sum of the outputs of the first multiplication circuit 41, and a second amplification circuit 43 for multiplying the output of the second addition circuit 42 by (1 / n). , A third addition circuit 62 for calculating the sum of the output of the third multiplication circuit 61 and the output of the second amplification circuit 43, and a third calculation circuit 63 for calculating the square root of the output value of the third addition circuit 62. Configuration. In the third multiplication circuit 61, the voltage (E 1H ) is
{K × (E 1H )} 2 is obtained by squaring the doubled value. In the third adding circuit 62, (KE 1H ) 2 + (A r ) 2 is obtained. In the third arithmetic circuit 63, {(KE 1H ) 2 +
(A r ) 21/2 is required. By obtaining this value, an amount proportional to the speed V is detected.

【0045】従って、本実施形態では、先端に被測定物
と接触する接触部1Aを有する略柱状のスタイラス1
に、接触部1Aが被測定物に接触したことを検出する検
出用圧電素子21,22,23,…,2nを配置し、このスタイ
ラス1は、検出用圧電素子21,22,23,…,2nを支持固
定するための圧電素子支持部1Cを有し、この圧電素子
支持部1Cはスタイラス1の軸と直交する断面が正n
(n=3,4……)角形とされる正多角形体であり、こ
の正多角形体の各側面に検出用圧電素子21,22,2 3,
…,2nをそれぞれ取り付け、これらの検出用圧電素子2
1,22,23,……,2nのうち少なくとも一部の検出用圧電
素子21,22,23,…,2nから出力される出力信号S1,S
2,S3,…,Snの変化を捕らえて接触を検知する接触検知
回路35と、検出用圧電素子21,22,23,…,2nの全て
から出力される出力信号S1,S2,S3,…,Snの和を求め
る第1加算回路31及びこの第1加算回路31で求めら
れた和を(1/n)倍する第1増幅回路32を有し出力
信号の平均(S1H)を求める平均値演算回路33と、接
触検知回路35が接触を検知した後、スタイラス1の軸
方向の固有振動数等により決定される所定時間内におい
て第1増幅回路32の出力の絶対値が最大となる電圧E
1Hを保持する第1ピークホールド回路36と、検出用圧
電素子21,22,23,…,2nから出力される出力信号S1,
2,S3,…,Snと第1増幅回路32の出力S1Hとの差を
求める第1減算回路34と、接触検知回路35が接触を
検知した後、スタイラス1の軸と直交方向での振動の固
有振動数等により決定される所定時間内において第1減
算回路34の出力の絶対値が最大となる電圧(E1v,E
2v,…,Env)を保持する第2ピークホールド回路37
と、第1ピークホールド回路36で保持された電圧(E
1H)と第2ピークホールド回路37で保持された電圧
(E1v,E2v,…,Env)とにより接触部1Aと被測定物
とが接触する際の方位及び速度を検出する接触状態検出
回路38とを備えたから、各検出用圧電素子21,22,2
3,…,2nから出力される出力信号S1,S2,S3,…,Sn
和を第1加算回路31で演算するとともに、この和を第
1増幅回路32で(1/n)倍して出力信号の平均(S
1H)を求めることにより、スタイラス軸に作用する曲げ
歪成分を除去してスタイラス軸方向に作用する縦歪成分
を抽出することができ、さらに、検出用圧電素子21,2
2,23,……,2nから出力される出力信号S1,S2,S3,
…,Snと第1増幅回路32の出力(S1H)との差
(Snv)を第1減算回路34で求めることにより、スタ
イラス軸と直交する方向に作用する横歪成分を抽出する
ことができるから、方向依存性をなくして精度の高い測
定が行える。さらに、多角形体の側面に検出用圧電素子
1,22,23,……,2nを取り付けるものであるから、タ
ッチ信号プローブの構造を簡易なものにできる。
Therefore, in this embodiment, the object to be measured is
Column-shaped stylus 1 having a contact portion 1A that comes into contact with the stylus
Then, a detection for detecting that the contact portion 1A has come into contact with the object to be measured.
Outgoing piezoelectric element 21, 2Two, 2Three,…, 2nPlace this style
The lath 1 is a piezoelectric element 2 for detection.1, 2Two, 2Three,…, 2nSupport solid
Element supporting portion 1C for fixing the piezoelectric element.
The cross section orthogonal to the axis of the stylus 1 is positive n.
(N = 3, 4 ...) is a regular polygonal body that is a square,
Detecting piezoelectric elements 2 on each side of the regular polygon1, 2Two, 2 Three,
…, 2nRespectively, and these detecting piezoelectric elements 2
1, 2Two, 2Three, ……, 2nAt least some of the piezoelectric
Element 21, 2Two, 2Three,…, 2nOutput signal S output from1, S
Two, SThree,…, SnContact detection that detects changes by capturing changes in contact
Circuit 35 and piezoelectric element 2 for detection1, 2Two, 2Three,…, 2nAll of
Output signal S output from1, STwo, SThree,…, SnFind the sum of
The first addition circuit 31 and the first addition circuit 31
Having a first amplifier circuit 32 for multiplying the sum by (1 / n)
Signal average (S1H) Is calculated.
After the touch detection circuit 35 detects the contact, the axis of the stylus 1
Within a predetermined time determined by the natural frequency of the direction, etc.
The voltage E at which the absolute value of the output of the first amplifier circuit 32 becomes maximum.
1HA first peak hold circuit 36 for holding the
Electric element 21, 2Two, 2Three,…, 2nOutput signal S output from1,
STwo, SThree,…, SnAnd the output S of the first amplifier circuit 321HAnd the difference
The first subtraction circuit 34 and the contact detection circuit 35 determine the contact.
After detection, the vibration fixed in the direction orthogonal to the axis of stylus 1 is fixed.
First reduction within a predetermined time determined by the vibration frequency, etc.
The voltage (E at which the absolute value of the output of the1v, E
2v,…, Env) To hold the second peak hold circuit 37
And the voltage (E) held by the first peak hold circuit 36.
1H) And the voltage held by the second peak hold circuit 37
(E1v, E2v,…, Env), The contact portion 1A and the DUT
Contact state detection that detects the direction and speed of contact with
Circuit 38, each detecting piezoelectric element 21, 2Two, 2
Three,…, 2nOutput signal S output from1, STwo, SThree,…, Snof
The sum is calculated by the first adder circuit 31, and this sum is
Multiplied by (1 / n) in one amplifier circuit 32 and averaged (S)
1H), The bending acting on the stylus axis
Longitudinal distortion component acting in the stylus axis direction by removing the distortion component
Can be extracted, and the detection piezoelectric element 21, 2
Two, 2Three, ……, 2nOutput signal S output from1, STwo, SThree,
…, SnAnd the output of the first amplifier circuit 32 (S1H) And difference
(Snv) In the first subtraction circuit 34,
Extract the transverse distortion component acting in the direction orthogonal to the Iras axis
High-precision measurement without directional dependence
Can be set. In addition, a piezoelectric element for detection is placed on the side of the polygon.
21, 2Two, 2Three, ……, 2nTo attach
The structure of the switch signal probe can be simplified.

【0046】さらに、本実施形態では、接触状態検出回
路38は、第2ピークホールド回路37で保持された電
圧(E1v,E2v,…,Env)を2乗して(E1v 2,E2v 2,…,
nv 2)を求める第1乗算回路41と、この第1乗算回
路41の出力(E1v 2,E2v 2,…,Env 2)の和(E1v 2
2v 2+…+Env 2)を求める第2加算回路42と、この
第2加算回路42の出力(E1v 2+E2v 2+…+Env 2
を(1/n)倍する第2増幅回路43と、この第2増幅
回路43の出力{(E1v 2+E2v 2+…+Env 2)/n}
の平方根を求める第1演算回路44と、第2ピークホー
ルド回路37で保持された電圧(E1v,E2v,…,Env
と第1演算回路44の出力との比を求める第1除算回路
45と、この第1除算回路45の出力のアークコサイン
を演算してスタイラス1の軸方向と直交する平面内で接
触部1Aと被測定物との接触方位βを求める第2演算回
路46と、を備えたから、接触方位βを確実に演算する
ことができ、接触方位βを特定して感度を所定の方法で
補正することにより、精度の高い測定が行える。
Further, in the present embodiment, the contact state detection time
The path 38 is connected to the power held by the second peak hold circuit 37.
Pressure (E1v, E2v,…, Env) Squared (E)1v Two, E2v Two,…,
Env Two), And the first multiplication circuit 41
Output of road 41 (E1v Two, E2v Two,…, Env Two) Sum (E1v Two+
E2v Two+ ... + Env Two), And a second addition circuit 42
The output of the second adding circuit 42 (E1v Two+ E2v Two+ ... + Env Two)
A second amplification circuit 43 that multiplies the second amplification by (1 / n)
The output {(E1v Two+ E2v Two+ ... + Env Two) / N}
A first arithmetic circuit 44 for calculating the square root of
Voltage (E) held by the1v, E2v,…, Env)
Division circuit for calculating the ratio of the output of the first operation circuit 44
45 and the arc cosine of the output of the first division circuit 45
And calculate the tangent in a plane orthogonal to the axial direction of the stylus 1.
Second calculation cycle for determining the contact direction β between the touch unit 1A and the object to be measured
Path 46, the contact azimuth β is reliably calculated.
Specified contact azimuth β and sensitivity by a predetermined method
By performing the correction, highly accurate measurement can be performed.

【0047】さらに、接触状態検出回路38は、第1ピ
ークホールド回路36で保持された電圧(E1H)を所定
の倍率に増幅する第3増幅回路51と、第2ピークホー
ルド回路37で保持された電圧(E1v,E2v,…,Env
を2乗して(E1v 2,E2v 2,…,Env 2)を求める第1乗算
回路41と、この第1乗算回路41の出力(E1v 2,E2 v
2,…,Env 2)の和(E1v 2+E2v 2+…+Env 2)を求め
る第2加算回路42と、この第2加算回路42の出力
(E1v 2+E2v 2+…+Env 2)を(1/n)倍する第2
増幅回路43と、この第2増幅回路43の出力{(E1v
2+E2v 2+…+Env 2)/n}の平方根を求める第1演
算回路44と、第3増幅回路51の出力と第1演算回路
44の出力との比を求める第2除算回路52と、この第
2除算回路52の出力のアークタンジェントを演算して
スタイラス軸を含む平面内で接触部1Aと被測定物との
接触方位αを求める第3演算回路53とを備えたから、
接触方位αを確実に演算することができ、接触方位αを
特定して感度を所定の方法で補正することにより、精度
の高い測定が行える。
Further, the contact state detection circuit 38 is connected to the first pin
The voltage (E) held by the1H) Prescribed
A third amplification circuit 51 that amplifies the signal to a magnification of
Voltage (E) held by the1v, E2v,…, Env)
Squared (E1v Two, E2v Two,…, Env TwoFirst multiplication to find
Circuit 41 and the output (E1v Two, ETwo v
Two,…, Env Two) Sum (E1v Two+ E2v Two+ ... + Env Two)
A second addition circuit 42 and an output of the second addition circuit 42
(E1v Two+ E2v Two+ ... + Env Two) Multiplied by (1 / n)
Amplifying circuit 43 and the output {(E1v
Two+ E2v Two+ ... + Env TwoThe first performance to find the square root of) / n}
Arithmetic circuit 44, the output of the third amplifier circuit 51, and the first arithmetic circuit
A second division circuit 52 for obtaining a ratio with respect to the output of the second
By calculating the arc tangent of the output of the divide-by-2 circuit 52
In the plane including the stylus axis, the contact portion 1A and the DUT
And a third arithmetic circuit 53 for determining the contact direction α.
The contact direction α can be reliably calculated, and the contact direction α
By identifying and correcting sensitivity in a predetermined way, accuracy
High measurement.

【0048】また、接触状態検出回路38は、第1ピー
クホールド回路36で保持された電圧(E1H)を所定の
倍率Kに増幅する第3増幅回路51と、この第3増幅回
路51の出力を2乗する第3乗算回路61と、第2ピー
クホールド回路37で保持された電圧を2乗する第1乗
算回路41と、この第1乗算回路41の出力の和を求め
る第2加算回路42と、この第2加算回路42の出力を
(1/n)倍する第2増幅回路43と、第3乗算回路6
1の出力と第2増幅回路43の出力との和を求める第3
加算回路62と、前記第3加算回路62の平方根を演算
して接触部1Aと被測定物とが接触する際の速度Vに比
例する量を求める第3演算回路63とを備えたから、接
触速度Vに比例する量を確実に演算することができ、接
触速度Vに比例する量を特定して感度を所定の方法で補
正することにより、精度の高い測定が行える。
The contact state detecting circuit 38 includes a third amplifying circuit 51 for amplifying the voltage (E 1H ) held by the first peak hold circuit 36 to a predetermined magnification K, and an output of the third amplifying circuit 51. , The first multiplication circuit 41 squaring the voltage held by the second peak hold circuit 37, and the second addition circuit 42 for obtaining the sum of the outputs of the first multiplication circuit 41 A second amplification circuit 43 for multiplying the output of the second addition circuit 42 by (1 / n), and a third multiplication circuit 6
A third method for calculating the sum of the output of the second amplifier circuit 43 and the output of
Since there is provided an addition circuit 62 and a third calculation circuit 63 for calculating the square root of the third addition circuit 62 to obtain an amount proportional to the speed V when the contact portion 1A comes into contact with the device under test, the contact speed An amount proportional to V can be reliably calculated, and a high-precision measurement can be performed by specifying an amount proportional to the contact speed V and correcting the sensitivity by a predetermined method.

【0049】なお、本発明は前述の実施形態に限定され
るものではなく、本発明の目的を達成できる範囲であれ
ば次に示す変形例を含むものである。例えば、本発明で
は、圧電素子支持部1Cを正四角形体とした場合、図1
1に示される通り、接触状態検出回路38は、スタイラ
ス1の軸方向と直交する平面内の接触部1Aと被測定物
との接触方位βを求めるため、第2ピークホールド回路
37で保持された電圧(E1v)(E2v)の比(E1v/E
2v)を求める第4除算回路71と、この第4除算回路7
1の出力のアークタンジェントを演算する第4演算回路
72と、を備えた構成でもよい。第4演算回路72で
は、第4除算回路71の出力(E1v/E2v)のアークタ
ンジェント(tan-1(E1v/E2v))が求められる。こ
の値を求めることにより、接触方位βが検出される。従
って、この構成では、前述の構成に比べて、簡易な構成
で接触方位βを確実に演算することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes the following modifications as long as the object of the present invention can be achieved. For example, in the present invention, when the piezoelectric element supporting portion 1C is a regular square, FIG.
As shown in FIG. 1, the contact state detection circuit 38 is held by the second peak hold circuit 37 in order to obtain the contact direction β between the contact portion 1A in a plane orthogonal to the axial direction of the stylus 1 and the object to be measured. Voltage (E 1v ) (E 2v ) ratio (E 1v / E
2v ), and the fourth division circuit 7
And a fourth arithmetic circuit 72 for calculating the arc tangent of the first output. In the fourth operation circuit 72, the arc tangent (tan -1 ( E1v / E2v )) of the output ( E1v / E2v ) of the fourth division circuit 71 is obtained. By obtaining this value, the contact direction β is detected. Therefore, in this configuration, the contact azimuth β can be reliably calculated with a simple configuration as compared with the above-described configuration.

【0050】また、本発明では、圧電素子21,22,23,
……,2nからの出力を増加させるために、圧電素子支持
部1Cの中央部を括れるように形成し、圧電素子21,2
2,2 3,……,2nは、その両端部が圧電素子支持部1Cに
支持固定され、その中央部が圧電素子支持部1Cとの間
で隙間が形成される構造でもよい。この構造では、圧電
素子支持部1Cの剛性が低下しているため、圧電素子2
1,22,23,……,2nの変形量が多くなる。そのため、圧
電素子21,22,23,……,2nの出力が大きくなるから、
測定精度の向上が図れる。
In the present invention, the piezoelectric element 21, 2Two, 2Three,
............ 2nPiezo element support to increase output from
The central portion of the portion 1C is formed so as to be narrowed, and the piezoelectric element 21, 2
Two, 2 Three, ……, 2nHas both ends on the piezoelectric element support 1C.
Supported and fixed, the center of which is between the piezoelectric element support 1C
May be used to form a gap. In this structure, the piezoelectric
Since the rigidity of the element supporting portion 1C is reduced, the piezoelectric element 2
1, 2Two, 2Three, ……, 2nIncreases the amount of deformation. Therefore, the pressure
Electric element 21, 2Two, 2Three, ……, 2nOutput becomes large,
Measurement accuracy can be improved.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、先端に被
測定物と接触する接触部を有する略柱状のスタイラス
に、接触部が被測定物に接触したことを検出する検出用
圧電素子を配置したタッチ信号プローブであって、この
スタイラスは、検出用圧電素子を支持固定するための圧
電素子支持部を有し、この圧電素子支持部はスタイラス
の軸と直交する断面が正n(n=3,4……)角形とさ
れる正多角形体であり、この正多角形体の各側面に検出
用圧電素子をそれぞれ取り付け、これらの検出用圧電素
子のうち少なくとも一部の検出用圧電素子から出力され
る出力信号の変化を捕らえて接触を検知する接触検知回
路と、検出用圧電素子の全てから出力される出力信号の
和を求める第1加算回路及びこの第1加算回路で求めら
れた和を(1/n)倍する第1増幅回路を有し出力信号
の平均を求める平均値演算回路と、接触検知回路が接触
を検知した後、スタイラスの軸方向の固有振動数等によ
り決定される所定時間内において第1増幅回路の出力の
絶対値が最大となる電圧を保持する第1ピークホールド
回路と、検出用圧電素子から出力される出力信号と第1
増幅回路の出力との差を求める第1減算回路と、接触検
知回路が接触を検知した後、スタイラスの軸と直交方向
での振動の固有振動数等により決定される所定時間内に
おいて第1減算回路の出力の絶対値が最大となる電圧を
保持する第2ピークホールド回路と、第1ピークホール
ド回路で保持された電圧と第2ピークホールド回路で保
持された電圧とにより接触部と被測定物とが接触する際
の方位及び速度を検出する接触状態検出回路とを備えた
から、各検出用圧電素子から出力される出力信号の和を
第1加算回路で演算するとともに、この和を第1増幅回
路で(1/n)倍して出力信号の平均を求めることによ
り、スタイラス軸に作用する曲げ歪成分を除去してスタ
イラス軸方向に作用する縦歪成分を抽出することがで
き、さらに、検出用圧電素子から出力される出力信号と
第1増幅回路の出力との差を第1減算回路で求めること
により、スタイラス軸と直交する方向に作用する横歪成
分を抽出することができる。従って、縦歪成分と横歪成
分を利用し、接触部と被測定物の接触位置、即ち、接触
方位を検出することができるので、方向依存性を予め求
めておくことで、補正を行うことができ、精度の高い測
定が可能となる。また、三次元測定機等による測定にお
いて、プローブの運動方向より、測定方位が予測できる
場合、前述の方法による実際の接触方位との比較から誤
測定の確認ができるという利点もある。さらに、多角形
体の側面に検出用圧電素子を取り付けるものであるか
ら、タッチ信号プローブの構造を簡易なものにできる。
As described above, according to the present invention, the detection piezoelectric element for detecting that the contact portion has come into contact with the object to be measured is provided on the substantially column-shaped stylus having the contact portion at the tip which comes into contact with the object to be measured. The stylus has a piezoelectric element support for supporting and fixing the detection piezoelectric element, and the cross section of the piezoelectric element support perpendicular to the axis of the stylus is positive n (n = 3,4...) Is a regular polygon having a rectangular shape, and a detection piezoelectric element is attached to each side surface of the regular polygon, and at least a part of the detection piezoelectric elements is used for detection. A contact detection circuit for detecting a contact by capturing a change in an output signal to be output, a first addition circuit for obtaining a sum of output signals output from all of the detection piezoelectric elements, and a sum obtained by the first addition circuit Times (1 / n) times An average value calculating circuit for calculating an average of output signals having a first amplifying circuit, and a first amplifying circuit within a predetermined time determined by an axial natural frequency of the stylus after the contact detecting circuit detects a contact. A first peak hold circuit for holding a voltage at which the absolute value of the output of the circuit is maximized;
A first subtraction circuit for obtaining a difference from an output of the amplifier circuit; and a first subtraction within a predetermined time determined by a natural frequency of vibration in a direction orthogonal to an axis of the stylus after the contact detection circuit detects a contact. A second peak hold circuit for holding a voltage at which the absolute value of the output of the circuit is maximum, and a contact portion and an object to be measured by the voltage held by the first peak hold circuit and the voltage held by the second peak hold circuit And a contact state detection circuit for detecting the azimuth and speed at which the contact is made, the sum of the output signals output from the respective detection piezoelectric elements is calculated by the first addition circuit, and this sum is subjected to the first amplification. By calculating the average of the output signal by multiplying the output signal by (1 / n), the bending distortion component acting on the stylus axis can be removed and the longitudinal distortion component acting on the stylus axis can be extracted. Pressure By obtaining the difference between the output signal output from the electric element and the output of the first amplifier circuit by the first subtraction circuit, it is possible to extract a transverse distortion component acting in a direction orthogonal to the stylus axis. Therefore, it is possible to detect the contact position between the contact portion and the object to be measured, that is, the contact direction, using the longitudinal distortion component and the lateral distortion component. And high-accuracy measurement becomes possible. Further, in the measurement by a coordinate measuring machine or the like, when the measurement direction can be predicted from the direction of movement of the probe, there is an advantage that erroneous measurement can be confirmed by comparison with the actual contact direction by the above-described method. Further, since the detection piezoelectric element is attached to the side surface of the polygon, the structure of the touch signal probe can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係るタッチ信号プローブ
を示すもので、(A)は正面図、(B)は圧電素子支持
部が正三角形である場合の断面図であり、(C)は圧電
素子支持部が正方形である場合の断面図である。
FIGS. 1A and 1B show a touch signal probe according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a cross-sectional view in the case where a piezoelectric element support is a regular triangle, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view when the piezoelectric element support is square.

【図2】接触方位αβを説明するための接触部の斜視図
である。
FIG. 2 is a perspective view of a contact portion for explaining a contact direction αβ.

【図3】(A)は振動方向がスタイラス軸に直交する方
向であることを説明するためのスタイラスの正面図であ
り、(B)は振動方向がスタイラス軸方向であることを
説明するためのスタイラスの正面図である。
FIG. 3A is a front view of a stylus for explaining that a vibration direction is a direction orthogonal to a stylus axis, and FIG. 3B is a view for explaining that a vibration direction is a stylus axis direction. It is a front view of a stylus.

【図4】圧電素子の出力信号のうちスタイラス軸に直交
する方向の振動による成分の時間的な変化を詳細に示し
たグラフである。
FIG. 4 is a graph showing in detail a temporal change of a component of an output signal of a piezoelectric element due to vibration in a direction orthogonal to a stylus axis.

【図5】圧電素子から出力される出力信号の電圧と接触
方位βとの関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a voltage of an output signal output from a piezoelectric element and a contact direction β.

【図6】圧電素子の出力信号のうちスタイラス軸方向の
振動成分の時間的な変化を詳細に示したグラフである。
FIG. 6 is a graph showing in detail a temporal change of a vibration component in a stylus axis direction in an output signal of a piezoelectric element.

【図7】接触方位αとスタイラス軸方向の振動成分S1H
の極大値E1H及びスタイラス軸と直交する方向の振動成
分S1vの電圧E1vの最大値Arとの関係を示すグラフで
ある。
FIG. 7: Contact direction α and vibration component S 1H in the stylus axis direction
Is a graph showing a relationship between a maximum value E 1H of the vibration component S 1v and a maximum value Ar of a voltage E 1v of a vibration component S 1v in a direction orthogonal to the stylus axis.

【図8】前記実施形態の出力信号生成装置を示すブロッ
ク図である。
FIG. 8 is a block diagram showing an output signal generation device of the embodiment.

【図9】接触状態検出回路を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating a contact state detection circuit.

【図10】第1ピークホールド回路で保持された電圧
(E1H)を所定の倍率Kに増幅することを説明するため
のグラフである。
FIG. 10 is a graph for explaining amplifying a voltage (E 1H ) held by a first peak hold circuit to a predetermined magnification K;

【図11】本発明の変形例(接触状態検出回路が異なる
例)を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a modification (an example in which a contact state detection circuit is different) of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スタイラス 1A 接触部 1C 圧電素子支持部 21,22,23,…,2n 圧電素子 31 第1加算回路 32 第1増幅回路 33 平均値演算回路 35 接触検知回路 36 第1ピークホールド回路 37 第2ピークホールド回路 38 接触状態検出回路 41 第1乗算回路 42 第2加算回路 43 第2増幅回路 44 第1演算回路 45 第1除算回路 46 第2演算回路 51 第3増幅回路 52 第2除算回路 53 第3演算回路 61 第3乗算回路 62 第3加算回路 63 第4演算回路 71 第4除算回路 72 第4演算回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stylus 1A Contact part 1C Piezoelectric element support part 21,22,23, ..., 2n Piezoelectric element 31 1st addition circuit 32 1st amplification circuit 33 Average value calculation circuit 35 Contact detection circuit 36 1st peak hold circuit 37 2nd peak Hold circuit 38 Contact state detection circuit 41 First multiplication circuit 42 Second addition circuit 43 Second amplification circuit 44 First operation circuit 45 First division circuit 46 Second operation circuit 51 Third amplification circuit 52 Second division circuit 53 Third Operation circuit 61 Third multiplication circuit 62 Third addition circuit 63 Fourth operation circuit 71 Fourth division circuit 72 Fourth operation circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】先端に被測定物と接触する接触部を有する
略柱状のスタイラスに、前記接触部が被測定物に接触し
たことを検出する検出用圧電素子を配置したタッチ信号
プローブにおいて、前記スタイラスは、前記検出用圧電
素子を支持固定するための圧電素子支持部を有し、この
圧電素子支持部は前記スタイラスの軸と直交する断面が
正n(n=3,4……)角形とされる正多角形体であ
り、この正多角形体の各側面に前記検出用圧電素子をそ
れぞれ取り付け、これらの検出用圧電素子のうち少なく
とも一部の検出用圧電素子から出力される出力信号の変
化を捕らえて接触を検知する接触検知回路と、前記検出
用圧電素子の全てから出力される出力信号の和を求める
第1加算回路及びこの第1加算回路で求められた和を
(1/n)倍する第1増幅回路を有し前記出力信号の平
均を求める平均値演算回路と、前記接触検知回路が接触
を検知した後、前記スタイラスの軸方向の固有振動数等
により決定される所定時間内において前記第1増幅回路
の出力の絶対値が最大となる電圧を保持する第1ピーク
ホールド回路と、前記検出用圧電素子から出力される出
力信号と前記第1増幅回路の出力との差を求める第1減
算回路と、前記接触検知回路が接触を検知した後、前記
スタイラスの軸と直交方向での振動の固有振動数等によ
り決定される所定時間内において前記第1減算回路の出
力の絶対値が最大となる電圧を保持する第2ピークホー
ルド回路と、前記第1ピークホールド回路で保持された
電圧と前記第2ピークホールド回路で保持された電圧と
により前記接触部と前記被測定物とが接触する際の方位
及び速度を検出する接触状態検出回路とを備えたことを
特徴とするタッチ信号プローブ。
1. A touch signal probe comprising: a substantially columnar stylus having a contact portion at a tip thereof for contacting an object to be measured; and a detection piezoelectric element for detecting that the contact portion comes into contact with the object to be measured. The stylus has a piezoelectric element support for supporting and fixing the detection piezoelectric element. The piezoelectric element support has a regular n (n = 3, 4,...) Square cross section orthogonal to the axis of the stylus. The detection piezoelectric element is attached to each side surface of the regular polygon, and changes in output signals output from at least some of the detection piezoelectric elements are detected. A contact detection circuit for capturing and detecting a contact; a first addition circuit for obtaining a sum of output signals output from all of the detection piezoelectric elements; and a sum obtained by this first addition circuit multiplied by (1 / n). First increase An average value calculation circuit having a width circuit for obtaining an average of the output signal; and a first time period within a predetermined time determined by an axial natural frequency of the stylus after the contact detection circuit detects a contact. A first peak hold circuit for holding a voltage at which the absolute value of the output of the amplifier circuit is maximum, and a first subtraction circuit for calculating a difference between an output signal output from the detection piezoelectric element and an output of the first amplifier circuit After the contact detection circuit detects a contact, the absolute value of the output of the first subtraction circuit becomes maximum within a predetermined time determined by the natural frequency of vibration in a direction orthogonal to the axis of the stylus. A second peak hold circuit for holding a voltage, and the contact portion and the device under test are contacted by a voltage held by the first peak hold circuit and a voltage held by the second peak hold circuit. Touch signal probe which is characterized in that a contact state detecting circuit for detecting the orientation and speed of the time that.
【請求項2】請求項1記載のタッチ信号プローブにおい
て、前記接触状態検出回路は、前記第2ピークホールド
回路で保持された電圧を2乗する第1乗算回路と、この
第1乗算回路の出力の和を求める第2加算回路と、この
第2加算回路の出力を(1/n)倍する第2増幅回路
と、この第2増幅回路の出力の平方根を求める第1演算
回路と、前記第2ピークホールド回路で保持された電圧
と前記第1演算回路の出力との比を求める第1除算回路
と、この第1除算回路の出力のアークコサインを演算し
て前記スタイラスの軸方向と直交する平面内で前記接触
部と前記被測定物との接触方位を求める第2演算回路
と、を備えたことを特徴とするタッチ信号プローブ。
2. The touch signal probe according to claim 1, wherein the contact state detection circuit squares a voltage held by the second peak hold circuit, and an output of the first multiplication circuit. , A second amplifier circuit for multiplying the output of the second addition circuit by (1 / n), a first arithmetic circuit for determining the square root of the output of the second amplifier circuit, A first division circuit for obtaining a ratio between the voltage held by the two-peak hold circuit and the output of the first arithmetic circuit; and an arc cosine of the output of the first division circuit, which is orthogonal to the axial direction of the stylus. A touch signal probe, comprising: a second arithmetic circuit for determining a contact direction between the contact portion and the device under test in a plane.
【請求項3】請求項1に記載のタッチ信号プローブにお
いて、前記接触状態検出回路は、前記第1ピークホール
ド回路で保持された電圧を所定の倍率に増幅する第3増
幅回路と、前記第2ピークホールド回路で保持された電
圧を2乗する第1乗算回路と、この第1乗算回路の出力
の和を求める第2加算回路と、この第2加算回路の出力
を(1/n)倍する第2増幅回路と、この第2増幅回路
の出力の平方根を求める第1演算回路と、前記第3増幅
回路の出力と前記第1演算回路の出力との比を求める第
2除算回路と、この第2除算回路の出力のアークタンジ
ェントを演算してスタイラス軸を含む平面内で前記接触
部と前記被測定物との接触方位を求める第3演算回路
と、を備えたことを特徴とするタッチ信号プローブ。
3. The touch signal probe according to claim 1, wherein the contact state detecting circuit amplifies the voltage held by the first peak hold circuit to a predetermined magnification, and the second amplifier circuit includes: A first multiplication circuit for squaring the voltage held by the peak hold circuit, a second addition circuit for obtaining the sum of the outputs of the first multiplication circuit, and multiplying the output of the second addition circuit by (1 / n) A second amplifier circuit, a first operation circuit for obtaining a square root of an output of the second amplifier circuit, a second division circuit for obtaining a ratio between an output of the third amplifier circuit and an output of the first operation circuit, A touch signal comprising: a third arithmetic circuit that calculates an arc tangent of an output of the second division circuit to obtain a contact direction between the contact portion and the device under test in a plane including a stylus axis. probe.
【請求項4】請求項1に記載のタッチ信号プローブにお
いて、前記接触状態検出回路は、前記第1ピークホール
ド回路で保持された電圧を所定の倍率に増幅する第3増
幅回路と、この第3増幅回路の出力を2乗する第3乗算
回路と、前記第2ピークホールド回路で保持された電圧
を2乗する第1乗算回路と、この第1乗算回路の出力の
和を求める第2加算回路と、この第2加算回路の出力を
(1/n)倍する第2増幅回路と、前記第3乗算回路の
出力と前記第2増幅回路の出力との和を求める第3加算
回路と、この第3加算回路の平方根を演算して前記接触
部と前記被測定物とが接触する際の速度に比例する量を
求める第4演算回路と、を備えたことを特徴とするタッ
チ信号プローブ。
4. The touch signal probe according to claim 1, wherein the contact state detecting circuit amplifies the voltage held by the first peak hold circuit to a predetermined magnification, and a third amplifier circuit that amplifies the voltage. A third multiplication circuit for squaring the output of the amplification circuit, a first multiplication circuit for squaring the voltage held by the second peak hold circuit, and a second addition circuit for calculating the sum of the outputs of the first multiplication circuit A second amplification circuit for multiplying the output of the second addition circuit by (1 / n), a third addition circuit for obtaining the sum of the output of the third multiplication circuit and the output of the second amplification circuit, A touch signal probe, comprising: a fourth arithmetic circuit that calculates a square root of a third adder circuit and obtains an amount proportional to a speed at which the contact portion and the device under test make contact with each other.
【請求項5】請求項1に記載のタッチ信号プローブにお
いて、前記圧電素子支持部は正四角形体であり、前記接
触状態検出回路は、前記第2ピークホールド回路で各々
保持された電圧の比を求める第4除算回路と、この第4
除算回路の出力のアークタンジェントを演算して前記ス
タイラスの軸方向と直交する平面内の前記接触部と前記
被測定物との接触方位を求める第4演算回路と、を備え
たことを特徴とするタッチ信号プローブ。
5. The touch signal probe according to claim 1, wherein the piezoelectric element support is a square, and the contact state detection circuit determines a ratio of the voltage held by the second peak hold circuit. The fourth division circuit to be obtained and the fourth division circuit
A fourth arithmetic circuit for calculating an arc tangent of an output of the dividing circuit to obtain a contact direction between the contact portion and the device under test in a plane orthogonal to the axial direction of the stylus. Touch signal probe.
JP4101797A 1997-02-25 1997-02-25 Touch signal probe Withdrawn JPH10239006A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008537107A (en) * 2005-03-24 2008-09-11 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー Measuring probe

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008537107A (en) * 2005-03-24 2008-09-11 レニショウ パブリック リミテッド カンパニー Measuring probe

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